车辆履带链板的制造方法

本发明涉及一种车辆履带链板例如挖土机、推土机等车辆的链 板的制造。尤其是本发明关于制造在其中为滚子接触面的车辆履带 链板的方法，不须分别经过高频感应淬火、回火以及初步机械加工 工序。

如图5所述，通常的制造车辆履带链板的方法，包括依次完成 的工序有锻造链板的材料、当链板材料处于高温状态时将链板材 料进行淬硬(高温状态可以是利用锻造工序的余热、对链板材料进 行再次加热，或者由两者相结合而达到)、链板材料的回火、链板材 料端面的机械加工、链板材料滚子接触面的高频感应淬火、滚子接 触面的回火、销孔和套筒孔的初步加工、销孔和套筒孔的精加工以 及链板的螺母安装面的机械加工。如上所述，通常的制造方法特别 是对滚子接触面需要预先分开进行感应淬火和回火工序。

然而，在图5中所说明的和上述的通常方法具有若干缺点。

首先，因为滚子接触面不需经过高频淬火或回火，直至整个链 板已经淬火和回火以后，通常方法的特点在于高热能的耗费。

其次，因为整个链板是在高温下回火使链板淬硬以后能机械加 工，由淬硬工序所得到的硬度是不保留在履带链板成品中的。

两种制造车辆履带链板的方法，其中已经提出在滚子接触面 上省略高频感应淬火以克服这些缺点。

第一个提出的方法已公开在日本专利公报第HEI5-9488号。 根据这种通常的方法，当热处理时，由于滚子接触面在油里快速冷 却，链板滚子接触面的金属结晶结构将变为马氏体。由于将剩余部 分在风中冷却，链板剩余部分的金属结晶结构转变为贝氏体，因此 滚子接触面不需要经高频感应淬火，而剩余部分相对地软并可以进 行机械加工。

根据公开在日本专利公报第SHO57-51583号的第二种方 法，链板的加工部分是用感应加热方法进行高温回火。链板的部 分回火是主要的，因为如果整个链板被淬硬(即如果没有部分经感 应加热)，链板就不能加工。在上述两种方法中，链板要加工的部分 被热处理及比滚柱接触面软些。

虽然公报号HEI5-9448的方法已经发现克服上述与通常方 法有关的高热能耗费的问题，它还没有满足解决上述的第二个问 题。另外，由于淬火时冷却的方法很复杂，这种方法的生产率很低。

关于在公布号SHO57-51583中公开的方法，也是解决上述 高热能消耗的问题。然而这一方法也没有解决上述第二个问题。另 外，因为机械加工部分为高温回火，在耗费和质量方面没有巨大的 效益。

本发明的一个目的是提供一种制造车辆履带链板的方法，其中 省略了链板滚子接触面高频感应淬火的工序。

本发明的另一个目的提供一种制造车辆履带链板的方法，其 中链板经淬硬的工序所得到的机械强度能够被有效地利用。

本发明的再一个目的是提供一种制造车辆履带链板的方法， 其中在链板铸造工序中采用高温修理能够省略若干链板材料的机 械加工工序。

本发明还有一个目的是提供一种制造车辆履带链板的方法， 其中热能的耗费是比较低的。

按本发明的上述目的，本发明所提供的制造车辆履带链板的 方法重要包括以下工序：在温度约1200℃时锻造按重量计含碳量 为0.2％至3％以及按重量计含硼量为约5p.p.m.与约30p.p.m.之间 的含硼低碳钢的链板材料；链板材料由大约760℃以上的温度通过 快速冷却而淬硬，以便将链板的金属结晶结构转变为马氏体；然 后将该链板材料在约200℃温度下回火。

参照附图，对本发明最佳实施例在下面详细的描述本发明的 所有目的、特征和优点时就更加明白和更加容易理解，其中：

图1是根据本发明的一个实施例包括在一种方法中的工序说 明图；

图2是链板的正视图；

图3是比较曲线图，用以表示按照本发明的一个实施例的方 法和上述通常方法所制备的链板的冲击值/硬度值的特性曲线；

图4是一曲线图，表示按照本发明的一个实施例的方法和上 述通常方法所制备的链板的扭转疲劳试验结果；

图5表示上述通常的方法所包括的工序的图解说明；

图6是一曲线图，表示链板材料经淬火后的硬度与链板材料 含碳量之间的关系曲线；

图7表示链板材料淬透性放大系数与含硼量之间关系的曲线 图；

图8表示当链板材料再次加热时淬硬工序过程中链板材料温 度的曲线图。

图9表示链板材料的硬度、抗拉强度和冲击值与回火温度之 间不同关系的曲线图。

图10是链板锻件的正视图。

根据本发明的一个实施例，图1表示一种车辆履带链板制造 方法中所包括的工序。如图1的表示，一种含硼低碳钢用作链板 材料1(如图2所示)，含硼低碳钢的含碳量的重量计约为0.2％至 0.3％，含硼量以重量计约为1p.p.m至100p.p.m(百万分率)。

根据本发明的实施例，链板材料1是在大约1200℃(即1200 ±50℃)时锻造成链板初步的形状。在锻造工序中，相对的端面2 与3(其中一个端面设计作为滚子接触面)，螺母安装面4，销孔5， 套筒孔6被高温修整(见图2)。因为温度大约在1200℃时将随链 板材料1的软化程度而影响到链板材料1的机械性能，使高温修 理容易实现而使链板材料1能制成大体上为反最终的形状。

链板材料1被制成大体上为最终的链板形状以后，通过淬硬， 链板材料1被转变成马氏体(具有一种金属结晶结构)。淬硬是通 过链板材料1从高于大约760℃的温度用水、油或可溶性液体高速 冷却导热而得。高于大约760℃的升温可利用锻造工序的余热、将 链板材料再次加热或用两者相结合的方法达到。再次加热在淬火 之前的情况下，锻造的链板材料1被再加热到高于Ac温度，快速 冷却前的转变点。由于淬硬工序的结果，整个链板材料1被淬硬到 高于HRC42(洛氏硬度)，而最好是在大约HRC42与大约HRC56 之间。

其次，淬硬的链板材料1最好在大约200±50℃温度的范围内 回火。可是上述通常的方法，链板材料1是在大约500℃回火。本 发明在比较低的温度进行回火的原因是因为马氏体结晶结构不会 被破坏。因此，由淬硬工序所产生的链板材料1的高强度和高硬度 被保持下来。在通常的方法中，因为链板材料1是在大约500℃高 温回火，链板材料1芯部的抗拉强度大约是90kg/mm2。相反地，根 据本发明的方法所达到的抗拉强度大约为140kg/mm2，而硬度大 约为HRC50。

如图3表示，即使当本发明被实施用来制造具有高硬度的钢 材，经淬硬与回火的链板材料1仍然具有高的冲击值(即对于硬度 大约HRC45的冲击值在5kg·m/cm2以上)。高的冲击值是部分 地归因于链板材料1中含有硼。由于高冲击值的结果，排除了链板 材料1产生裂纹的可能性。相反，当通常钢材的硬度比加到大约 HRC45时，钢材的刚度(即冲击值)则降低。结果，通常的钢材不能 有效地用作链板材料1。这个问题由本发明的方法所解决。

上述本发明的实施例因为能省去通常方法所需要的几个加工 工序而显著地优于图5中表示的通常的方法。更准确地说，通常的 方法，一个端面(滚子接触面)是机械加工的，然后进行局部的感 应淬硬和回火。然而，根据本发明方法的机械加工工序、感应淬硬 和滚子接触面的回火是不需要的。

取消采用通常方法所需要的更多的工序可归因于本发明的淬 硬和回火工序给予链板材料1的高硬度。因为链板材料1淬硬到大 约HRC42，而最好硬度在大约HRC42到大约HRC56的范围内， 链板的滚子接触面具有足够高的硬度和抗磨性，这样，在预定的用 途方面，滚子接触面可以有效地被利用。更显著地是，根据本发明的 实施例，因为链板材料1是在淬硬以后低温回火，经淬硬所得到的 马氏体金属结晶结构是不会被破坏的。因此，由于淬硬的结果，给 予链板材料1的硬度和强度可以有效地利用而不需要上述更多的 加工工序。

此外，通过实施本发明链板材料1上的销孔5和套筒孔6的预 先的机械加工可以被省略。就是说根据本发明的方法，预先的机械 加工工序是不必要的；而销孔5和套筒孔6可以直接地进行精加 工。这是因为销5和套筒孔6在锻造工序已经通过高温修整成形大 体上接近所需要的对应的最终尺寸，在精加工工序需要的加工裕量 减少了。因此，尽管链板材料1的高硬度，因为销孔5与套筒孔6 已经大体上完工，精加工能够容易地完成。

另外，根据本发明，螺母安装面4在销孔5和套筒孔6精加工 后不需要机械加工。然而，如果要求局部机械加工，而在锻造工序不 作高温修理，例如支头螺钉孔7(见图1)可以预成形。

有关通常方法的上述两个问题，(即链板材料1刚度的降低和 淬硬回火后链板材料1机械加工的困难)最终已被本发明所解决。

更加准确地说，关于刚度不足的问题(见图3)，因为选择含硼 低碳钢作为链板材料1，根据本发明的方法制造的链板，尽管高硬 度的范围大于HRC42仍具有高于约5kg·m/cm2的刚度。因此，没 有发现类似的裂纹产生。当观察表示在图4中的扭转疲劳试验结 果，根据本发明的方法制造的链板比根据通常方法制造的链板具有 比较高的疲劳强度。

关于通常方法带来的机械加工方面的困难问题，因为在锻造 工序中链板材料1高温修整加工所形成的形状大体上已是相当于 最终所需要的链板形状，链板材料1仅有的需要机械加工的部分 是销孔5和套冒孔6，此外，因为销孔5和套筒孔6在锻造阶段经 高温修整大体上已成形到它们的最终尽寸，精加工链板只需少量 的机械加工(包括磨削)，结果缩短了制造工时。

以上表示的参数将更为详细的论述。

如上指明，含硼低碳钢的组成，按重量计含碳量仅有约0.2％ 到约0.3％。上限大约为0.3％的碳素钢按照钢含碳量的分类被确 认为低碳钢、中碳钢或高碳钢决定于其含碳量。相应的含碳量如下：

低碳钢---按重量计低于0.3％；

中碳钢---按重量计0.3到0.5％；

高碳钢---按重量计高于0.5％。

本发明中的方法，因为最好使用低碳钢，根据低碳钢的规定， 其含碳量上限确定为0.3％按重量计。当使用中碳钢和高碳钢时， 其硬度和刚性是不合适的。

含碳量下限大约0.2％表示制造具有适当硬度的链板材料1 所需要的最低的含碳量，其硬度是从淬火工序得到的并取决于链板 材料1的含碳量。更准确地说，含碳量增加结果相应地提高硬度。 在本发明的方法中，当观察图6，因为要得到大于HRC42的硬度是 合适的，链板材料1的含碳量应大于0.2％。

选择含硼量大约为1与100p.p.m.之间的理由是改善链板的 淬透性和刚度。图7表示，淬透性放大系数与含硼量之间的关系。淬 透性放大系数的定义为含硼钢的淬透性与不合硼钢的淬透性之间 的比例。

如图7所见，当硼含量为0 p.p.m，淬透性放大系数为1.0。如 果钢里加入少量的硼，则淬透性放大系数比加大于1.0。换句话说， 即使钢含少量的硼，它的淬透性要比不合硼的钢来得好。因此含硼 的最小范围被设定在大约1 p.p.m。同时当观察图7，在硼含量约 30 p.p.m.时，可得到最大的淬透性放大系数。当硼含量超过约 30p.p.m，时，淬透性放大系数开始稳定地下降。最后，淬透性放大 系数停止下降并稳定在硼含量100 p.p.m.处，其对应的淬透性放 大系数大约为1.3。就是，虽然如果硼含量增加高于100 p.p.m，对 淬透性没有显著的影响，而是增加硼的含量大于100 p.p.m.只是 同时比加费用。因此，对于硼含量的上限决定为大约100 p.p.m. 最好硼含量为5 p.p.m.与约30 p.p.m.之间，而更好的是大约在20 p.p.m.和30 p.p.m.之间。

选择锻造温度范围如大约1200℃的理由(即1150℃与1250℃ 之间)是因为若锻造温度降到低于1150℃，则可锻性变低。结果难 于将链板材料1锻成所需要的形状和尺寸。但是如果锻造温度增 加到高于1250℃，链板材料1的表面会形成氧化皮，而锻模的工作 寿命会缩短。而且，提高锻造温度高于1250℃，会引起链板材料1 变粗而降低链板材料1的刚度。由于所有这些理由，选择上限为 1250℃。

链板材料1从大约760℃温度范围快速冷却最好是760± 20℃。图8表示本发明的一个实施例，在经过的加工工序中(就是在 淬硬工序中加热和快速冷却)链板材料1的温度变化。在图8中， TA表示链板材料1被加热的最高温度。最好在加热炉中进行加热 直到时间大于t1，但链板材料1可用任何等放热源加热。TA通常相 当于Ac，转化点+30℃。在时间t2，将链板材料1从热源中移开并 进行冷却直到在时间t3其温度达到TQ。在时间t3，链板材料1在冷 却液中快速冷却。即使假如TQ是100℃那样高，低于TA，如果冷却 完成得足够快就可以得到合适的硬度。

特殊的温度范围760℃±20℃是通过试验Ac3、TA和TQ之间 的关系确定的，它们的关系用下列方程式来表示：

AC3(℃)=922-224×C％-34×Mn％    (1)

TA(℃)=AC3+30    (2)

TQ(℃)=TA-100    (3)

将方程式(1)和(2)代入方程式(3)中可得到方程式(4)

TQ(℃)=852-224×C％-34×Mn％    (4)在本发明 中，碳(C)的含量大约0.2％到大约0.3％，而锰(Mn)的含量最好 在大约0.8％与1．2％之间。如此，当C为0.3％与锰为1．2％时， TQ为最小值。将这些参数代入方程式(4)

TQ=852-224×0.3-34×1.2=744(℃)同样地，TQ的最大 值是将数值C为0.2％及锰为0.8％代入方程式(4)计算出：

TQ=852-224×0.2-34×0.8=780(℃)将这两个值相加平 均，所得到的大约760℃的数值作为链板材料1被快速冷却的温度 范围。大约760℃的数值通常理应表明为760±20℃的范围。

对于低温回火的范围为200±50℃的理由如下：

有关根据本发明使用的链板制造方法的硬度、冲击值(刚度)和 回火温度之间的关系表示在图9中。当回火温度是在150℃- 250℃范围内，即200±50℃，即使回火温度变化，硬度几乎是常 数，大约为HRC46，并且刚度也几乎是常数，是在7.0到7.5kg· m/cm2范围内。意思是，在200±50℃范围里，由于回火温度的变 化对硬度和刚度大体上没有影响。

当用于本发明的目的时，术语“链板大体上最终的形状”是在 锻造工序通过高温修整链板材料来达到的，现将予以说明。如图10 中表示链板锻件的端面2与3被隔开高度H1。因为在锻造和高温 修整工序以后，相对的端面不加工，此后高度H1没有明显的改 变。同样地，螺母安装面的高度H2在锻造和高温修整工序后不加 工。所以高温H2以后也没有明显的变化。

可是，具有直径Dp的销孔5是锻造后精加工，虽然直径可根 据链板预定的用途变化，销孔精加工的裕量在销孔直径方向测量 最好是大约1mm。因为销孔5仅有精加工而不经过初步加工，链 板大体上的最终形状的销孔直径是Dp，大约比链板最终产品小 1mm。

具有直径DB的套筒孔6，虽然直径可根据链板预定的用途而 变化，也有大约1mm的裕量(公差)在锻造后精加工。因为套筒孔 6也仅是精加工而不经初步加工，大体上最终链板形状的套筒孔的 直径是DB，比最终成品大约小1mm。

根据本发明，可实现下列优点。

首先，因为整个链板材料1是先淬硬然后低温回火，不需要对 链板材料1的滚子接触面作另外的感应淬硬和回火工序。另外，链 板材料1通过淬硬工序得到的硬度和强度能有效地利用并保持在 链板最终的成品中。

最后，因为链板材料1是在锻造工序中高温修整成大体上符合 链板最终所需要的形状，精加工工序仅在销孔5和套筒孔6上进 行，结果减少了总的机加工量。

虽然本发明已详细说明了有关上面特别的实施例，那将可知 通过那些在技术上的各种改进和变化和特殊技术能够制成特别的 实施例同本发明新的见解和优点没有实质的改变。因此，可以理解 所有上述的改进和变化都已包括在下面权利要求书所规定的本发 明的精神和范围中。